CMMB單頻網(wǎng)的建設(shè)與思考

CMMB單頻網(wǎng)的建設(shè)與思考

1CMMB地面覆蓋網(wǎng)絡(luò)組成形式CMMB地面覆蓋網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)主要由兩種模式。（1】單發(fā)射臺站：對于城區(qū)面積較小、樓宇密度較低、地勢較平坦的地區(qū)，單個發(fā)射臺站可完成基本覆蓋要求的，采用單個發(fā)射臺站以及同頻轉(zhuǎn)發(fā)器補充覆蓋的建設(shè)方式，技術(shù)方案如圖1所示：(2)單頻網(wǎng)：對于城區(qū)面積較大、單發(fā)射臺站覆蓋方式無法滿足基本覆蓋要求的地區(qū)，采用單頻網(wǎng)【SFN】覆蓋方式，即基于若干發(fā)射臺站建成本地區(qū)單頻網(wǎng)實現(xiàn)基本覆蓋，覆蓋陰影地區(qū)由同頻轉(zhuǎn)發(fā)器補充覆蓋解決。技術(shù)方案如圖[來自wWw.Lw5u.coM]2所示。2CMMB單頻網(wǎng)組成及同步CMMB單頻網(wǎng)主要由GPS授時系統(tǒng)、碼流傳輸網(wǎng)絡(luò)和地面發(fā)射系統(tǒng)構(gòu)成，如圖3所示。由于CMMB系統(tǒng)采用ODFM多載波調(diào)制，OFDM調(diào)制方式的一個特點是符號間帶有保護間隔(GuardInterval)，落在保護間隔內(nèi)的多徑信號，在經(jīng)過處理以后，不但不會產(chǎn)生前后符號間的干擾，甚至可以加強有效信號的功率。使用OFDM調(diào)制，可以較容易地處理這些復(fù)雜的多徑干擾，使單頻網(wǎng)的應(yīng)用容易實現(xiàn)。而單頻網(wǎng)應(yīng)用中要求各個發(fā)射機所廣播的信號在頻率和時間上都保持同步。頻率同步即要求每個單頻網(wǎng)發(fā)射機的工作頻率都相同；對于多載波調(diào)制而言，還要求每個子載波的頻率相等。頻率同步可以通過與同一個參考頻率（一般使用來自GPS衛(wèi)星的10MHz參考頻率）鎖相同步來實現(xiàn)。OFDM調(diào)制中保護間隔的長度決定了系統(tǒng)所能處理的多徑信號的最大延遲時間，超出保護間隔的多徑信號，對于接收機而言是干擾，將影響系統(tǒng)性能。保護間隔越長，發(fā)射機間的距離就可以越大，但是系統(tǒng)的傳輸效率就越低，這就限制了單頻網(wǎng)發(fā)射機之間的最大距離。在CMMB標準中，兼顧了組網(wǎng)覆蓋范圍、移動接收以及頻帶利用率的綜合因素，提供了保護間隔1/8(51.2us)的4k模式以實現(xiàn)單頻網(wǎng)。為了讓保護間隔在處理多徑干擾上發(fā)揮作用，而不是消耗在補償發(fā)射機之間的同步誤差上，要求發(fā)射機在相同的時間發(fā)射完全相同的OFDM符號，以實現(xiàn)時間同步。在CMMB系統(tǒng)中，發(fā)射機之間的時間同步是通過與一個共同的參考信號(一般使用來自GPS衛(wèi)星的秒脈沖信號-1pps)同步以及TOD時間信息來實現(xiàn)。3CMMB單頻網(wǎng)設(shè)備安裝3.1GPS系統(tǒng)安裝CMMB單頻網(wǎng)其中一個重要的組成部分是GPS授時系統(tǒng)，從上可以看出，單頻網(wǎng)的頻率與時間同步信號均來自于GPS授時系統(tǒng)，所以其系統(tǒng)安裝質(zhì)量的好壞直接影響單頻網(wǎng)組網(wǎng)的成功與否。同時這也是整個網(wǎng)絡(luò)中穩(wěn)定性較差的系統(tǒng)。從圖3可以看出，復(fù)用器、CMMB調(diào)制器均需要GPS提供10M、1PPS、TOD信息。目前現(xiàn)使用的復(fù)用器均內(nèi)置GPS接收機，即直接將GPS天線接入復(fù)用器即可，這樣減少了連接設(shè)備數(shù)量，但與此同時帶來的是無法直接觀察復(fù)用器內(nèi)置GPS的接收情況，只能通過復(fù)用器的監(jiān)控后臺軟件或管理網(wǎng)頁查看TOD時間信息是否正確，也可通過前面板報警燈是否熄滅來判斷內(nèi)置GPS是否鎖定信號。調(diào)制器通過提供10M(BNC)、1PPS(BNC)和TOD（D型9針口）接口來接收外置GPS信號。所需注意的是TOD所使用的串口線的類型以及外置GPS接收機的電源應(yīng)盡量選取不間斷電源，這是由于GPS鎖定需十幾分鐘的時間，若發(fā)生停電情況，會導(dǎo)致該發(fā)射點因GPS鎖定較長而無法及時恢復(fù)播出。其次是GPS天線的安裝，天線放置的位置十分重要，優(yōu)先考慮開闊場地進行安裝，若由于場地的限制，天線放置不夠理想，可采取更換其它類型接收機測試或在線纜中間加裝中繼器以解決。其次注意附近有無干擾源，如微波、電視發(fā)射天線等。3.2碼流傳輸分配設(shè)備安裝目前CMMBPMS碼流傳輸及分配方式主要有光纜、數(shù)字微波兩種，隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷深入，新的傳輸方式也將不斷地涌現(xiàn)。在這里主要介紹以上兩種主要方式。(1)光纜傳輸：由于PMS碼流以ASI物理接口形式進行傳輸，所以在傳統(tǒng)方式中均采用單芯光纖、ASI光收發(fā)機方式進行。若采用SDH光纖網(wǎng)，就必須考慮其信號格式適配（如必須將ASI信號轉(zhuǎn)換成DS3信號），要采用合路器時，必須考慮合成的突發(fā)碼率不能超過45Mbit/S.(2)數(shù)字微波：數(shù)字微波方式屬于PDH傳輸網(wǎng)絡(luò)，同樣也需要進行信號和碼率適配，需要注意的是數(shù)字微波調(diào)制器在前期只傳輸PMS碼流時必須將微波調(diào)制器的Demod選項設(shè)置OFF。3.3激勵器設(shè)置經(jīng)過短短2年的發(fā)展，CMMB激勵器已經(jīng)發(fā)展數(shù)種，各廠家激勵器對單頻網(wǎng)設(shè)置各不相同，但統(tǒng)一起來基本上為：首先檢測激勵器接收10M，1pps，TOD信息是否正常。將10M輸入設(shè)置為外部參考（有些激勵器如UBS為內(nèi)外部自動切換）；TOD格式設(shè)置為HJ5436A格式（有些激勵器設(shè)置為格式B）；之后將網(wǎng)絡(luò)模式設(shè)置為SFN模式。經(jīng)過幾分鐘后觀察報警燈是否熄滅，來判斷是設(shè)置成功。（注：必須保證復(fù)用器輸出PMS流中的TOD信息是正確的，激勵器檢測到碼流格式不對同樣也會報警）。3.4發(fā)射天線的安裝發(fā)射天線安裝主要注意定向天線的主向不要正對相鄰發(fā)射點天線，以免發(fā)生干擾。4單頻網(wǎng)的調(diào)試CMMB單頻網(wǎng)調(diào)試是一項系統(tǒng)工作，經(jīng)過1年多的組網(wǎng)摸索，得出了一些經(jīng)驗，以供讀者參考。在調(diào)試前的準備工作如下。(1)分析覆蓋預(yù)算：在制定單頻網(wǎng)方案前，均要進行覆蓋分析預(yù)算，但理論與實際往往是有區(qū)別的，實地勘察各發(fā)射點的天線尤其是定向天線的主向，確認是否存在兩點之間天線主向?qū)Πl(fā)的情況，若存在情況及時調(diào)整定向天線方向。確定各發(fā)射點的GPS接收穩(wěn)定性情況，了解各點所用調(diào)制器的情況，是否存在兩種以上廠家的調(diào)制器，相互之間是否可以組網(wǎng)；(2)校準：對路測儀校準，讓權(quán)威測試機構(gòu)對測試天線進行UHF頻段天線增益GT測試，得出天線增益頻率對應(yīng)表，根據(jù)此表對路測儀進行設(shè)置，同時根據(jù)場強儀測試所得值對路測儀進行校準；(3)在單頻網(wǎng)調(diào)試常．規(guī)方法中常規(guī)的設(shè)備有測試車、移動接收路測儀、場強儀（校對路測儀場強）、寬頻帶UHF全向天線、UPS電源，設(shè)備連接如圖4所示。調(diào)試方法：與DVB-T等諸多地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)調(diào)試方法相同，這里就不一一贅述；(4)第2種調(diào)試方法這里主要介紹一種在沒有路測儀情況的粗略方法。使用的設(shè)備有：測試車、USBDongle、頻譜儀、寬頻帶UHF全向天線、手持終端、UPS電源．設(shè)備連接如圖5所示。步驟1：在實驗室進行調(diào)制器單頻網(wǎng)組網(wǎng)測試尤其是存在兩種以上廠家調(diào)制器的情況，掌握調(diào)制器之間的延時差異性，以減少調(diào)試的盲目性（測試方法），將各調(diào)制器初始延時設(shè)置為最佳延時量。測試方法如下。(1)首先將兩臺調(diào)制器附加時延量設(shè)置相同且為非零值，一般設(shè)置為100ms左右或更大，這樣做的用意便于兩臺調(diào)制器時延量差值進行正負調(diào)整，找出兩臺設(shè)備之間的最大時延量；(2)按圖6連接好設(shè)備，將頻譜儀VBW設(shè)置為100kHz，RBW設(shè)置為10kHz，SPAN為10MHz，若出現(xiàn)以下頻譜且圖像穩(wěn)定，說明兩臺調(diào)制器可經(jīng)過調(diào)整進行組網(wǎng)。(3)以100ns步進調(diào)整其中一臺調(diào)制器的附加時延量，正反方向調(diào)整至波紋密不可分為止，同時使用USBDongle.終端接收信號，測試器誤塊率情況。若終端無法正常接收且LDPC誤塊率較多時，此點即為兩臺設(shè)備之間的最大時延量。步驟2：使用頻譜儀對USBdongle場強進行校準，校準方法與上相同，同時觀察該地區(qū)發(fā)射頻率20MHZ附近的噪聲底值，以此來估計USBdongle的接收門限電平的范圍。步驟3：將兩點開啟，著重測試兩點之間的路段以及兩點以外的兩個方向干擾區(qū)一般出現(xiàn)在距發(fā)射點3000—4000m區(qū)域。如圖所示，觀察USBdongle中的狀態(tài)與統(tǒng)計，查看其信號電平、以及LDPC誤碼率。在兩點不超出保護間隔距離情況下，調(diào)制器經(jīng)過實驗室組網(wǎng)測試后，將相互時延量設(shè)定好以后，是不會產(chǎn)生大范圍的相干區(qū)，這里主要討論的情況是有兩點之間存在超出保護間隔之外的情況。例如以下的網(wǎng)絡(luò)拓撲，A點與C點相距16.8km。．A、C點的天線場型為圖9，B點的天線場型為圖8。該拓撲結(jié)構(gòu)屬于線性3點拓撲，中間臺站的ERP是兩側(cè)臺站的2倍左右。從理論試算來看，該類型拓撲是不存在干擾區(qū)的。但是由于在試算地圖是沒有包含建筑物以及人為制造因素，所以在實際3點ERP與理論是有一些差距的。單測試A點與B點．B點與C點兩點之間無干擾現(xiàn)象，但加入第3個點后，在3點之間區(qū)域發(fā)現(xiàn)信號電平在50dBm以上，而LDPC解碼出現(xiàn)超過10%誤碼率，尤其是在高速移動情況下更加明顯（參考手持終端播放是否存在停頓情況），這就證明3點組網(wǎng)出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，這時可調(diào)整參數(shù)有調(diào)制器附加時延、發(fā)射功率、天線方向或增益。由于天線調(diào)整方向或增益牽扯人力時間較多。不提倡一開始調(diào)試就調(diào)整該參數(shù)，而考慮調(diào)整時延量。附加時延量=16.8-15.36km/3x106計’算。而發(fā)射功率及天線方向可根據(jù)其他兩點對該點覆蓋區(qū)域的ERP進行適當(dāng)調(diào)整，已達到整體覆蓋區(qū)域的接收電平均衡。5單頻網(wǎng)運行中常見故障在已建成的單頻網(wǎng)運行中同樣會出現(xiàn)一些問題，主要故障現(xiàn)象表現(xiàn)為出現(xiàn)部分或大面積干擾區(qū)，導(dǎo)致終端無法正常解碼。下面將列舉幾種常見的故障原因和解決方案。6后續(xù)思考CMMB技術(shù)是由地面數(shù)字電視技術(shù)轉(zhuǎn)化而來，其單頻網(wǎng)技術(shù)也具備地面數(shù)字電視技術(shù)的一般特征。從前調(diào)試地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的技術(shù)大部分可用于調(diào)試CMMB單頻網(wǎng)中來，但需注意的是CMMB單頻網(wǎng)中PMS流與本地TOD時間信息的特有屬性，由此對GPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性依賴性很強。同時在以上的第2種調(diào)試方法只能調(diào)試到網(wǎng)內(nèi)無干擾的狀態(tài)，遠遠未達到單頻網(wǎng)的各項技術(shù)要求。在此作為一個拋磚引玉，希望廣大CMMB網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從業(yè)者能夠積極探索發(fā)現(xiàn)其規(guī)律。以便更快更好地建設(shè)單頻網(wǎng)，為下一步大規(guī)模CMM